(公元1215～公元1294年)
在位时间：公元1260～公元1294年
曾用年号：中统、至元
谥号：圣德神功文武皇帝
庙号：世祖
安葬地：起辇谷
早在漠北的时候，忽必烈就同大批中原汉族士大夫取得了密切的联系，在忽必烈的周围渐渐形成了一个汉儒幕僚集团，使得忽必烈的思想意识朝着不同于同辈皇兄弟的方向发展。忽必烈在漠北和林时，忽必烈接受了刘秉忠提出的“以马上取天下，不可以马上治天下”及历代封建统治的经验，使得忽必烈对旧制度造成的弊害有了清楚的认识，并希望在以后能建朝省、立法度、定官制，整饬赋税，采用汉法。通过这些汉族文人的帮助，忽必烈不仅自己努力接受、学习汉文化，还要其他蒙古贵族跟着学。
公元1251年夏，蒙哥继承汗位后，将漠南汉地军国庶事全部委托给忽必烈掌管。次年，忽必烈又得到关中地区作为封地。忽必烈面对“汉地不治”的情况，在进一步拉拢汉族人士的同时，采取了招抚流亡、禁止妄杀、屯田积粮、整顿财政等一系列措施，以积聚雄厚的物资、军事基础，并任用熟习汉法的宋金官僚、知识分子进行统治，初步扭转了局面。
为了安定民心，忽必烈还屡次禁止诸将妄杀无辜，军士有违令的，杀以示众。致使诸军凛然，几乎没有敢违犯命令的。对虏获的战俘，不杀也不掳为奴，而是主张释放。
为了筹备进攻南宋的军粮、军费，忽必烈还十分注意屯田。公元1252年，忽必烈在唐州(今河南唐河)、邓州(今河南邓县)等地屯田，并在邓州设立屯田万户府。次年，又在凤翔(今陕西凤翔)屯田，以盐换粮，供应军饷。此外还发行了纸钞。这样，忽必烈逐渐控制了当时蒙古政权在中原汉地的很大一部分财权。忽必烈自掌管漠南汉地军国庶事之后所实行的一系列措施，使中原地区得到了初步的治理，人户逐渐增加，经济慢慢地恢复起来，为忽必烈夺取政权奠定了经济基础。
忽必烈采用汉法治理汉地必然地损害了蒙古游牧贵族和西域商人的利益，而在中原威望的日增，又形成了对蒙哥汗权的威胁。公元1257年，蒙哥借口忽必烈刚打完仗，又患有脚病，让他留在家中休息，而以塔察儿为左翼军统帅，解除了忽必烈的兵权、后来，蒙哥因塔察儿军事失利，又命忽必烈重率左路军征宋。在征宋的过程中，忽必烈又重新把东路军的大权控制在自己的手中。
公元1259年夏，蒙哥在攻宋战争中身负重伤，死于合州(今四川合州)钓鱼山下。忽必烈的弟弟、备受蒙哥信任的阿里不哥在蒙哥诸子和亲信大臣的支持下急忙策划继承汗位。
宪宗蒙哥是在南下伐宋的战争中死于合州城下的，因此，他生前没有对嗣位问题作出安排。这就在蒙古王室内部引起了激烈争吵。忽必烈有资格接替大汗的地位，但其皇弟阿里不哥和宪宗蒙哥的儿子们也可以继承汗位。这样，争夺汗位的斗争不可避免地在拖雷系诸王间发生了。
宪宗蒙哥南征时，阿里不哥奉命留守和林，主持大兀鲁思，管理留守军队及诸斡儿朵，在政治上处于十分优越的地位。同时，他拥有留守和林的军队，随从宪宗南征的军队也有一部分归附了他。蒙哥去世后，大军在攻宋前线，阿里不哥先发制人，派兵进至离忽必烈经营多年的根据地开平100余里的地方，给忽必烈造成了极大的威胁。
蒙哥去世时，忽必烈正奉命南征。力争夺王位，忽必烈认为应返回漠北。正好南宋贾似道派使讲和，忽必烈当即同意，断然把大军留在江北，自己率一支亲军先行。公元1260年春，忽必烈到达开平，召集忽邻勒塔。在诸王塔察儿、也先哥、合丹、末哥等以及大臣再三劝进下，忽必烈终于在开平登上了汗位。紧接着，四月份，阿里不哥在和林自称奉遗诏，在另一些王的拥戴下继承汗位。
至此，只有用武力来解决汗位问题了。忽必烈取得了大部分王公贵族的支持，很快迫使众叛亲离的阿里不哥于公元1246年夏归降忽必烈。
解决了内部问题后，忽必烈于公元1246夏迁都燕京，改燕京为中都，把中央政权机构设于此地，随后于公元1271年冬宣布改“大蒙古”为“大元”，取《易经》“大哉乾元”之义，表示国家广袤无疆。
在即位的最初几年里，忽必烈致力于巩固汗位，对南宋只求维持现状。公元1260年春，他派郝经为使到南宋宣告自己即位的消息，并商谈与贾似道达成的协议。但是，贾似道害怕郝经抵达朝廷会败露其屈辱投降的议和条约，便把郝经拘留在真州(今江苏仪征)。忽必烈在巩固了自己的地位、作了长期备战之后，便以宋廷拘囚郝经为借口，于公元1267年举兵伐宋。
公元1267年冬，忽必烈采纳了南宋降将刘整的建议，派阿术、刘整等进攻襄阳，并于公元1272年农历正月，攻克襄阳。公元1273年夏，元世祖忽必烈发布伐宋诏书，命元军分兵两路南征南宋。元军一路势如破竹，于公元1275年农历正月进驻临安城郊，并对临安合围。宋帝无可奈何地上表投降。
此后，元军将赵宋王朝消灭，完全统一全国。统一全国后，忽必烈为巩固元朝在中原的统治地位，进行了政治、军事、经济、文化等方面的改革。
公元1294年春，忽必烈逝世。